一种SiO2包覆的三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种SiO2包覆的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ或聚硅氧烷Ⅱ混合均匀，得到混合物A；S2、将催化剂与聚硅氧烷Ⅱ或聚硅氧烷Ⅰ混合均匀，得到混合物B；S3、将混合物A和混合物B混合均匀，得到同时含有聚硅氧烷Ⅰ和聚硅氧烷Ⅱ的混合物C，加热混合物C，得到有机硅包覆的三元正极材料；S4、在含氧气氛下煅烧上述有机硅包覆的三元正极材料，得到SiO2包覆的三元正极材料；其中，所述聚硅氧烷Ⅰ为至少含有两个硅氢键的聚硅氧烷，所述聚硅氧烷Ⅱ为至少含有两个烯基基团的聚硅氧烷。个烯基基团的聚硅氧烷。个烯基基团的聚硅氧烷。

【技术实现步骤摘要】
一种SiO2包覆的三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及SiO2包覆的三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机和环境污染等问题的日益突出，开发新的可持续发展能源受到人们的广泛关注。锂离子电池作为一种新的高能绿色电池广泛应用于便携式电子产品、电动汽车及大规模储能等领域。但是随着实际应用中对能量密度的要求逐步提高，使人们致力于研究更高性能的正极材料。其中层状结构的LiMO2(M＝Ni，Co，Mn)正极材料具有较高的理论容量(278mA h g-1
)、安全性和相对较低的成本成为目前研究的热点。但是，在高于4.3V的电势下，正极材料的循环稳定性差，这限制了其可用能量密度和使用寿命。NCM正极材料差的循环稳定性与其电极/电解质界面处的副反应有关，尤其是在高工作电位下。通常电池采用的是LiPF6为电解质的电解液，在工作环境湿度超标的情况下，微量的水就会使LiPF6分解产生HF，造成正极材料表面金属元素溶出，影响材料结构稳定性，导致Ni
2+
不可逆的迁移到Li层，形成电化学惰性的NiO相，材料从层状结构到岩石的永久相变，最终导致不可逆的容量缺失。此外，HF还会和电极表面的碳酸盐或碳酸酯盐发生下述反应：Li2CO3+2HF
→
2LiF+H2O+CO2，在电极表面首先发生还原反应，然后再与LiF反应，生成Li
X
PF
Y
O
X
型化合物，如LiOPF2等。生成的CO2等气体，使电池产生鼓包，大大降低了安全性能。反应中产生的水和乙二醇又会和LiPF6反应生成HF，该过程不断循环导致电池比容量、循环效率等不断减小，直至使整个电池被破坏。
[0003]为了改善HF对电池材料的有害腐蚀，在正极材料表面包覆SiO2是一种有效的方法。一方面，包覆SiO2将正极材料与电解液隔离，防止HF对材料表面金属元素的溶解；另一方面，SiO2可与少量的HF反应，通过消耗HF来减少其对电极表面的侵蚀，减少了杂质气体的产生，阻断了后续不良连锁反应的进行。目前常规的包覆SiO2的方法是采用纳米SiO2与正极材料干法球磨，但该方法存在包覆不均匀，易脱落的问题。而现有报道的专利CN109659511A和CN109473671A采用湿法包覆的方法，可解决上述问题，但是它们采用了水或乙醇作为分散剂，三元正极材料与水或乙醇接触后会导致表面的Li
+
溶解在水中，破坏了过渡金属与Li的配比，使得容量会有所损失，循环性能也会变差。
[0004]为此，本专利技术提供一种新型的SiO2包覆三元正极材料的方法，既能有效保护正极表面，又能防止Li
+
的流失。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决上述现有技术中存在的不足，提供一种SiO2包覆的三元正极材料的方法，用该包覆方法得到的SiO2分布均匀，并且可引入其他元素起到复合包覆的作用。包覆层对正极材料中的金属起到保护和稳固作用，抑制电极与电解液之间的副反应，防止正极材料结构坍塌，从而提高电池的安全和循环性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种SiO2包覆的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ或聚硅氧烷Ⅱ混合均匀，得到混合物A；
[0009]S2、将催化剂与聚硅氧烷Ⅱ或聚硅氧烷Ⅰ混合均匀，得到混合物B；
[0010]S3、将混合物A和混合物B混合均匀，得到同时含有聚硅氧烷Ⅰ和聚硅氧烷Ⅱ的混合物C，加热混合物C，得到有机硅包覆的三元正极材料；
[0011]S4、在含氧气氛下煅烧上述有机硅包覆的三元正极材料，得到SiO2包覆的三元正极材料；
[0012]其中，所述聚硅氧烷Ⅰ为至少含有两个硅氢键的聚硅氧烷，所述聚硅氧烷Ⅱ为至少含有两个烯基基团的聚硅氧烷。
[0013]在本专利技术的实施方案中，所述SiO2包覆的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ混合均匀，得到混合物A；
[0015]S2、将催化剂与聚硅氧烷Ⅱ混合均匀，得到混合物B；
[0016]S3、将混合物A和混合物B混合均匀，得到混合物C，加热混合物C，得到有机硅包覆的三元正极材料；
[0017]S4、在含氧气氛下煅烧上述有机硅包覆的三元正极材料，得到SiO2包覆的三元正极材料；
[0018]其中，所述聚硅氧烷Ⅰ为至少含有两个硅氢键的聚硅氧烷，所述聚硅氧烷Ⅱ为至少含有两个烯基基团的聚硅氧烷。
[0019]在本专利技术的另一实施方案中，所述SiO2包覆的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S1、将三元正极材料与聚硅氧烷Ⅱ混合均匀，得到混合物A；
[0021]S2、将催化剂与聚硅氧烷Ⅰ混合均匀，得到混合物B；
[0022]S3、将混合物A和混合物B混合均匀，得到混合物C，加热混合物C，得到有机硅包覆的三元正极材料；
[0023]S4、在含氧气氛下煅烧上述有机硅包覆的三元正极材料，得到SiO2包覆的三元正极材料；
[0024]其中，所述聚硅氧烷Ⅰ为至少含有两个硅氢键的聚硅氧烷，所述聚硅氧烷Ⅱ为至少含有两个烯基基团的聚硅氧烷。
[0025]进一步地，所述聚硅氧烷Ⅰ的结构如式(1)所示：
[0026][0027]其中0≤m≤20，2≤n≤20，R选自氢、甲基、乙基、丙基、氟烷基、磷酸酯基或硼烷基。
[0028]进一步地，0≤m≤10，10≤n≤20；更进一步地，0≤m≤5，15≤n≤20。
[0029]进一步地，所述氟烷基选自-CH2CH2CF3、-CH2(CH2)2CF3或CH2(CH2)3CF3。
[0030]进一步地，所述磷酸酯基选自-CH2OPO(OH)2、-CH2CH2OPO(OH)2或-CH2(CH2)2OPO
(OH)2。
[0031]进一步地，所述硼烷基选自-CH2CH2BH2、-CH2CH(CH3)C(CH3)2BH2或-CH2(CH2)3BCl2。
[0032]进一步地，所述聚硅氧烷Ⅱ为含有两个烯基基团的聚硅氧烷。
[0033]进一步地，所述聚硅氧烷Ⅱ的结构如式(2)所示：
[0034][0035]其中3≤w≤20，优选为10≤w≤20，更优选为15≤w≤20。
[0036]在本专利技术的具体实施方案中，所述聚硅氧烷Ⅱ为乙烯基硅油。
[0037]进一步地，在混合物A和混合物B的混合过程中，搅拌线速度不低于1m/s，以保证聚硅氧烷Ⅰ与聚硅氧烷Ⅱ充分混合均匀。
[0038]进一步地，所述三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ和聚硅氧烷Ⅱ中硅元素之和的摩尔比为1:(0.01～0.15)，优选为1:(0.03～0.1)。
[0039]在本专利技术的具体实施方案中，所述三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ和聚硅氧烷Ⅱ中硅元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiO2包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将三元正极材料与聚硅氧烷Ⅰ或聚硅氧烷Ⅱ混合均匀，得到混合物A；S2、将催化剂与聚硅氧烷Ⅱ或聚硅氧烷Ⅰ混合均匀，得到混合物B；S3、将混合物A和混合物B混合均匀，得到同时含有聚硅氧烷Ⅰ和聚硅氧烷Ⅱ的混合物C，加热混合物C，得到有机硅包覆的三元正极材料；S4、在含氧气氛下煅烧上述有机硅包覆的三元正极材料，得到SiO2包覆的三元正极材料；其中，所述聚硅氧烷Ⅰ为至少含有两个硅氢键的聚硅氧烷，所述聚硅氧烷Ⅱ为至少含有两个烯基基团的聚硅氧烷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氧烷Ⅰ的结构如式(1)所示：其中，0≤m≤20，2≤n≤20，R选自氢、甲基、乙基、丙基、氟烷基、磷酸酯基或硼烷基。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氧烷Ⅱ为含有两个烯基基团的聚硅氧烷。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氧烷Ⅱ的结构如式(2)所示：其中3≤w≤20。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥斌，胡骐，朱佳兵，刘俊文，胡文理，蔡君瑶，
申请(专利权)人：东莞东阳光科研发有限公司，
类型：发明
国别省市：